ところが、細塵を集塵するために多重のフィルターを掃除機の通気路に設けると、吸引力が低下するので、大きいゴミや、質量の大きい塵埃を強力に吸引することが困難であった。
特開2005−324094号公報(特許文献2)に記載の粒子凝集器では、粒子を帯電するためにコロナ放電を利用しているので、流路中に高電圧部を設けている。このような場合に、流路径に相当するような物体、特に糸状の物が本高電圧部に引っ掛ると電極ショートにより火災などが発生する危険性がある。
また、特許第2517877号公報(特許文献3)に記載の微粒子複合体の製造方法では、2系統の管を用いて、一方の管を通る微粒子は正の静電気に、他方の管を通る微粒子は負の静電気に帯電させた後に、両者を合流している。
このように2系統の流路を設けるには、1つの吸入口を途中で分岐するか、吸入口を2つにするかしなければならない。しかし、1つの吸入口を途中で分岐すると、分岐箇所での微粒子の堆積が発生し易くなる。これを、吸入口を2つにすることで回避すると、それぞれの吸入口間の距離を大きくしなければならず、占有面積が多くなってしまう上に構造も複雑になってしまう。
そこで、この発明の目的は、簡単な構造で、吸込み流量を低下させることがなく、塵埃を帯電して凝集することができる帯電通風部材とそれを備えた電気掃除機を提供することである。
この発明に従った帯電通風部材は、入口と出口が連通して通風路を形成し、送風機との接続により通風路に気流が通過する通風部材であって、通風部材は、塵埃を正に接触帯電する第1帯電部と、塵埃を負に帯電する第2帯電部とを有し、塵埃が気流によって通風路を搬送されるとき、塵埃が第1帯電部もしくは第2帯電部と接触して異なる極性に帯電され、正もしくは負に帯電された塵埃に塵埃塊(クラスタ)を形成させることを特徴とする。
このようにすることにより、塵埃を正に接触帯電する第1帯電部と、塵埃を負に接触帯電する第2帯電部により、塵埃が気流によって通風路を搬送されるとき、塵埃が前記第1帯電部もしくは第2帯電部と接触して異なる極性に帯電され、正もしくは負に帯電された塵埃に塵埃塊(クラスタ)を形成させることができる。これにより正もしくは負に帯電した塵埃を静電気作用で相互に吸着させることにより、塵埃の塊(クラスタ)を形成させることができる。この塵埃塊を適度に成長させることで、塵埃塊の質量を増加させ、またクラスタの形状を大きくすることが出来る。
その結果、簡単な構造で、吸込み流量を低下させることがなく、塵埃を帯電して凝集することができる帯電通風部材を提供することができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、通風路はさらに、通風路内を通過する気流を偏向させる偏向部を有することを特徴とすることが好ましい。
このようにすることにより、通風路内を通過する気流が渦を形成しやすくなり、気流に含まれる塵埃が帯電部材に接触する頻度が増えるため、塵埃を効率よく帯電して凝集することができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第1帯電部および/または第2帯電部は、通風方向に対して角度をなして延在していることが好ましい。
通風管の形状や、塵埃を含んだ流体の粘度などによっては、通風方向に交差する方向には、塵埃があまり拡散しない場合がある。このような場合に、第1帯電部と第2帯電部を通風方向に交差する方向に対向させて配置すると、正負それぞれに帯電した塵埃同士は、通風路に沿った方向に流れる気流によって近付きにくい。そのため、ある程度に近付かなければ有効に作用しないクーロン力やファンデルワールス力による塵埃凝集が促進されない事になる。
そこで、第1帯電部および/または第2帯電部を通風方向に対して角度をなして延在させる、すなわち、スキューさせることにより、通風方向に沿って流れる塵埃は、第1帯電部と第2帯電部との両方を通過することになる。このようにすることにより、塵埃は、通風方向に交差する方向に拡散しなくても、通風方向に沿った乱流成分によって接近する。そして、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引き付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
このようにして、通風方向に交差する方向の乱流成分が小さい場合、または、通風方向への乱流成分が大きい場合においても、塵埃を充分に凝集させることができる。
この発明に従った帯電通風部材は、連結部材を備え、第1帯電部と第2帯電部とから1つの帯電部対が構成され、複数の帯電部対が連結部材を介して並べられて配置されていることが好ましい。
例えば、異種材料の半円管を嵌め込みやネジ止めで組み合わせることによって円管を構成すると、一般に、単一材料の円管よりも強度が劣る。このような円管に支持部材を組み付ける場合や、管がつぶれるような外圧がかかる場合などのように、強度が必要な際には、管の壁厚を大きくするなどの対策が必要となる。
そこで、複数の帯電部対を共通の連結部材で連結することによって、簡単な構成で、異種材料を組み合わせた通風部材を、充分な強度を持った通風部材にすることができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第1帯電部と第2帯電部とが、通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられて1つの帯電部対を構成し、複数の帯電部対が、通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられて配置されていることが好ましい。
このようにすることにより、通風方向に垂直な面で考えると、同一面内にある、正電荷を持つように接触帯電された粒子と負電荷を持つように接触帯電された粒子との距離が小さくなる。
このように、正負の電荷それぞれを持つ粒子間の距離が小さくなり、粒子間にクーロン力が働きやすい。また、正負の電荷それぞれを持つ粒子が近付く確率が高くなる。したがって、帯電した粒子が凝集して塊状となりやすい。
この発明に従った帯電通風部材においては、第1帯電部と第2帯電部とが、通風方向に並べられて1つの帯電部対を構成し、複数の帯電部対が、通風方向に並べられて配置されていることが好ましい。
通風管の形状や、塵埃を含んだ流体の粘度などによっては、通風方向に交差する方向には、塵埃があまり拡散しない場合がある。このような場合に、第1帯電部と第2帯電部を通風方向に交差する方向に対向させて配置すると、正負それぞれに帯電した塵埃同士は、通風路に沿った方向に流れる気流によって近付きにくい。そのため、ある程度に近付かなければ有効に作用しないクーロン力やファンデルワールス力による塵埃凝集が促進されない事になる。
例えば、この通風路内においては、通風方向と通風方向に交差する方向に、ほぼ等しい乱流成分が発生したとする。このとき、本構成では通風方向に沿っても、第1帯電部と第2帯電部とが交互に配置されているので、正に帯電した塵埃と負に帯電した塵埃の一部は、通風方向に沿った乱流成分によって接近する。そして、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
このようにすることにより、粒子の帯電効率が高くなり、凝集効果も大きくなる。また、特に、通風方向に鉛直な方向への乱流成分が小さい場合や通風方向への乱流成分が大きい場合にはその効果が大きくなる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第1帯電部と第2帯電部とから1つの帯電部対が構成され、複数の帯電部対が通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられ、かつ、通風方向に並べられて配置されており、複数の帯電部対の各々を構成する第1帯電部同士が互いに隣り合わないように、かつ、複数の帯電部対の各々を構成する第2帯電部同士が互いに隣り合わないように配置されていることが好ましい。
このようにすることにより、粒子の帯電効率が高くなり、凝集効果も大きくなる。また、特に、通風方向に鉛直な方向への乱流成分が小さい場合や通風方向への乱流成分が大きい場合にはその効果が大きくなる。
この発明に従った帯電通風部材においては、通風路において、第1帯電部と第2帯電部のうち、塵埃との接触帯電量が相対的に多い一方の帯電部によって占められる面積は、他方の帯電部によって占められる面積よりも小さいことが好ましい。
例えば、通風路内を流れる塵埃の半分が、第1帯電部によって、ある電荷量に正帯電したとする。また、残りの半分の塵埃が、第2帯電部によって、同じ電荷量だけ負帯電したとする。このとき、帯電分布が正負に均等であるので、粒子同士の凝集においてクーロン力が支配的である場合、最も凝集効率が高い。しかし、一般に、固体の電気化学ポテンシャルは物質固有であるため、塵埃全体の帯電量は正負のどちらかに偏ることが多い。このように、塵埃全体の帯電量が正負のどちらかに偏っている場合には、塵埃が正負に均等に帯電した場合に比べて、凝集効率は低くなってしまう。
そこで、第1帯電部と第2帯電部のそれぞれが通風路において占める面積の比率を変化させることによって、正負それぞれの帯電量を均等にすることができる。最も頻繁に流れる塵埃に合わせて、第1帯電部と第2帯電部のそれぞれが通風路において占める面積の比率を調整することによって、凝集効率の高い帯電通風部材を構成することができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第1帯電部および/または第2帯電部は高分子樹脂から形成されていることが好ましい。
塵埃を正負それぞれに接触帯電させる部材で帯電部を形成する場合、部材の種類によっては原料費が高くなってしまう。また、部材の配置や構成によっては加工が困難である。
そこで、例えば、第1帯電部としてポリプロピレン、第2帯電部としてナイロン66を用いるなど、工業用材料として安価に入手可能なできる高分子樹脂を帯電部に用いることによって、コストを抑えることができる。また、それぞれの帯電部同士を嵌め込んだりするなどの複雑な形状が必要な場合でも、熱可塑性樹脂であれば押出成形や射出成形などによって量産加工することができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第1帯電部および/または第2帯電部は、導電性フィラーを混入した高分子樹脂から形成されていることが好ましい。
塵埃を正負それぞれに接触帯電させる部材に誘電体を用いると接触帯電量が比較的早くに飽和するので、塵埃量が多くなると徐々に塵埃が帯電されなくなって凝集性能が低下するという問題がある。これは、接触帯電によって物質表面近傍に電子や正孔が供給されても、誘電体の高抵抗率のために、物質内部に拡散しにくいことによる。つまり、物質表面近傍に移動電子や正孔が蓄積されて、表面電位が大きく変化して、その後の電荷移動を妨げるためである。
そこで、塵埃を接触帯電する帯電部を、導電性フィラーを混入した高分子樹脂で構成することにより、接触帯電量が飽和しにくくなるので、コストを抑えて、加工しやすく、塵埃凝集性能が持続する帯電通風部材を実現することができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第2帯電部はガラスから形成されていることが好ましい。
ガラスは、高分子樹脂であるポリスチレンやナイロンよりも正に帯電しやすい。ガラスで形成されている第2帯電部は、例えばこのような、ポリスチレンやナイロンで形成されている第2帯電部と比較すると、より正に帯電しやすい。すなわち、第2帯電部において帯電させられる塵埃は、さらに負に帯電しやすくなる。
このように、塵埃を負に接触帯電させる部材としてガラスを用いることにより、塵埃が充分に接触帯電して凝集効果が向上する。
この発明に従った帯電通風部材においては、第2帯電部はガラスフィラーを含む高分子樹脂から形成されていることが好ましい。
粒子を負に接触帯電させる部材としてガラスフィラーを混入した高分子樹脂を用いることにより、ガラス単体を使用して割れた場合などの危険性を回避した上で、ガラスの高い接触帯電特性を利用して、粒子を充分に帯電し凝集効果を向上させることができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第1帯電部および/または第2帯電部は導電材から形成されていることが好ましい。
粒子を正負それぞれに接触帯電させる部材で通風路を設ける場合、部材に誘電体を用いると接触帯電量が比較的早くに飽和するので、粒子量が多くなると徐々に粒子が帯電されなくなって凝集性能が低下するという問題がある。これは、接触帯電によって物質表面近傍に電子や正孔が供給されても、誘電体の高抵抗率のために、物質内部に拡散しにくいことによる。つまり、物質表面近傍に移動電子や正孔が蓄積されて、表面電位が大きく変化して、その後の電荷移動を妨げるためである。
また、金属は、例えば塵埃を構成する物質の一例としてのポリスチレンよりも正に帯電しやすい。したがって、塵埃を負に接触帯電する第2帯電部を導電部材で構成することにより、接触帯電量が飽和しにくいので、粒子凝集性能が持続する帯電通風部材を実現することができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第2帯電部はステンレス鋼から形成されていることが好ましい。
例えば、高分子樹脂であるナイロン66の抵抗率が1010Ω・m程度であるのに対して、ステンレスの抵抗率は10−7Ω・m程度で非常に小さい。そのため、ナイロン66では、接触帯電により表面に正孔が増えても、ナイロン66の内部には電子伝導しにくく、ナイロン66の表面電位が上昇し、これが化学ポテンシャルを補って接触帯電量が飽和することになる。一方、抵抗率が小さい金属であるステンレス鋼では、接触帯電により表面に正孔が増えると、速やかにステンレス鋼の内部に電子伝導して、ほとんど表面電位は上昇せず、接触帯電量が飽和しにくい。すなわち、帯電部に接触する塵埃に電子を供給し続けることができるので、クーロン力による凝集性能も維持されることになる。
したがって、塵埃を負に接触帯電する第2帯電部をステンレス鋼で構成することにより、接触帯電量が飽和しにくいので、粒子凝集性能が持続する帯電通風部材を実現することができる。
この発明に従った帯電通風部材においては、第2帯電部はアルミニウムから形成されていることが好ましい。
導電体であるアルミニウムの抵抗率は10−8Ω・m程度で非常に小さい。そのため、アルミニウムにおいて接触帯電により表面に正孔が増えると、速やかにアルミニウム内部に電子伝導して、ほとんど表面電位は上昇せずになかなか接触帯電量が飽和しない。つまり、接触する塵埃に電子を供給し続けることができるので、クーロン力による凝集性能も維持されることになる。また、アルミニウムの比重は鉄の1/3程度であり、比強度が同等とすると、非常に軽量で、優れた接触帯電特性を持つ帯電通風部材を構成することができる。
したがって、塵埃を負に接触帯電する第2帯電部をアルミニウムで構成することにより、粒子凝集性能が持続して軽量な帯電通風部材を実現することができる。
この発明に従った電気掃除機は、電動送風機と、吸込口から電動送風機に連通する通風路と、集塵部とを有し、電動送風機により発生した気流により塵埃を吸込口から吸引し、通風路を通る塵埃を集塵部に集塵する電気掃除機において、通風路に第1帯電部と第2帯電部とを設け、通風路を通過する行程で第1帯電部と第2帯電部とによって異なる極性に帯電された塵埃に塵埃塊(クラスタ)を形成させ、塵埃塊となった塵埃を集塵部にて集塵することを特徴とする。
この発明の電気掃除機においては、集塵部の上流側に配置され、塵埃を正に接触帯電する第1帯電部と、塵埃を負に接触帯電する第2帯電部により、塵埃が気流によって通風路を搬送されるとき、塵埃が第1帯電部もしくは第2帯電部と接触して異なる極性に帯電され、正もしくは負に帯電された塵埃を形成させることができる。これにより正もしくは負に帯電した塵埃を静電気作用で相互に吸着させることにより、塵埃の塊(クラスタ)を形成させることができる。この塵埃塊を適度に成長させることで、塵埃塊の質量を増加させ、またクラスタの形状を大きくすることが出来る。塵埃塊の質量が大きくなることでサイクロン掃除機においては遠心分離による捕集が可能となる。また、フィルター式の掃除機においては、フィルターの目よりも大きくできるので集塵することが可能となる。いずれの場合も、吸気において圧力損失が生じることがないので、電気掃除機本体の吸塵力(仕事率)が低下するという問題は解消される。
このようにして、仕事率が低下することがなく、細塵の捕集性能を向上させることが可能な、サイクロン集塵装置を備えた電気掃除機を提供することができる。
また、仕事率が低下することがなく、細塵の捕集性能を向上させることが可能な、フィルター式集塵装置を備えた電気掃除機を提供することができる。
以上のように、この発明によれば、簡単な構造で、吸込み流量を低下させることがなく、塵埃を帯電して凝集することができる帯電通風部材とそれを備えた電気掃除機を提供することができる。
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明を適用した電気掃除機の全体図であり、図2は、電気掃除機本体の構成の説明図である。
図1と図2に示すように、吸引口1は、延長管2、取手を有する接続管3、折り曲げ自在のサクションホース4と順次連結され、連結部5を経由して掃除機本体6に接続されている。掃除機本体6には、電動送風機67、集塵部61、集塵ケース63、HEPAフィルター70、コードリール(図示せず)、電動送風機67の通電を制御する制御回路(図示せず)等が収容されている。電動送風機67が駆動すると、吸引口1から空気が吸引され、塵埃を含む空気が、通風路となる延長管2、接続管3、サクションホース4を通り、掃除機本体6へと搬送される。掃除機本体6に吸引された塵埃は、集塵部61、電動送風機67、HEPAフィルター70を通り排気部71より排出される。このようにして吸引口1より吸引された塵埃の中でサイズの大きい塵埃は、集塵部61に集積される。また、塵埃が捕集され清浄になった空気は、電動送風機67を冷却するために電動機69内部を通過し、掃除機本体6の外に排気される構造となっている。また、掃除機本体6の側面には、回転自在に設けられ、掃除機本体6を床面A上にて移動自在に支持する車輪7が備えられている。
電動送風機67が駆動すると、ファン68により、吸い込みの気流が発生し、サクションホース4、本体接続部5より掃除機本体6に塵埃を含む空気が流入し、接続部62、集塵フィルター64、接続部65、ファン68、電動機本体69、HEPAフィルター70、排気口71、に向けて送風が行われる。このとき、細塵、塵埃塊を含む空気は搬送される途中で気流が混合されながら搬送されるので、接触、吸引、吸着が行われ、本発明による塵埃塊が更に大きく成長する。
大きく成長した塵埃塊は、集塵フィルター64の目の大きさより大きくなるので、集塵フィルター64に捕集される。帯電部を複数個所設けたり、細塵と帯電部の接触を多く出来るような構成を取れば、集塵塊は集塵フィルター64の目の大きさより大きくなるので、HEPAフィルター70は不要とすることができる。
なお、ここで塵埃塊が集塵フィルター64の目の大きさよりも大きく成長されなかった場合は、フィルター64を通過することもある。このような場合は、HEPAフィルター70を設けて捕集してもよい。
図3から図6は本発明を適用した第1実施形態に関する説明図である。
図3は、本発明の第1実施形態にかかる電気掃除機の延長管に設けられ、通風されることにより塵埃を帯電させる帯電通風部材の構成を説明する図である。
第1帯電部10および第2帯電部11は、円筒管を軸方向に2分割したハーフパイプ形状をしている。第1帯電部10は材質が塵埃を正に帯電させる材質で構成されている。また、第2帯電部11の材質は塵埃を負に帯電させ易い材質で形成されている。このハーフパイプ形状は帯電の性能、構成部分の機能により適宜変形した形状にすることが可能である。
図4は、本件発明の第1実施形態の組み立て図および断面を説明する図である。図3の
第1帯電部10と第2帯電部11を組み合わせると、図4に示される通風路12に組み合わせることが出来、内部を気密に保ち気流を流すことが可能となる。
通風路12が形成された第1帯電部10と第2帯電部11の、一方の接合面13と他方の接合面14に垂直な面をA−A'断面とする。
図5は、図4のA−A'断面図であり、細塵が本発明により帯電されるモデルを説明している。以下、図5に基づいて、塵埃の帯電状態を説明する。
電動送風機67の駆動により気流が発生すると、塵埃として数ミクロン程度の細塵15A、細塵16A、細塵17Aが通風路12の入口18より出口19に向かって搬送される。細塵15Aが第1帯電部10の近くに搬送され、第1帯電部10に接触したとき、摩擦帯電作用により細塵15Aは、正に帯電させられる。また細塵17Aは、第2帯電部11の近くに搬送され、第2帯電部11に接触したとき、摩擦帯電作用により細塵17Aは、負に帯電させられる。このようにして正に帯電した細塵15Aは、負に帯電した細塵17Aと通風路12の中で混ざり合い、静電気力により相互に吸引されるので吸着し、塵埃塊19Aを形成する。通風路12と帯電部の形状を適宜長く設定することにより塵埃塊19Aは、第1帯電部10、第2帯電部11と再度接触することになり、更に帯電される。このようにして細塵15A、細塵17A、塵埃塊19Aは、帯電と吸着を繰り返すので、塵埃塊19Aは更にサイズが大きくなる。図5では、第1帯電部10もしくは第2帯電部11と細塵が一回の衝突で1回の吸着を行うように図示されているが、通風路12の長さと直径を適宜設定することで、複数回の接触を行わせることが出来る。また材質の選定を適宜行うことで、細塵15A、細塵17Aと第1帯電部10と第2帯電部11が接触するときの帯電量を選択し、設定することが出来る。
図6は、本発明により塵埃塊が形成される他の場合のモデル図である。
図5と同様にして第1帯電部10と第2帯電部11に接触した細塵15B、細塵17Bが気流もしくは静電気の吸引作用により相互に吸着し、更に近傍を浮遊している帯電されていないもしくは空気により微量に帯電した細塵16Bと吸引することにより大きい塵埃塊(クラスタ)19Bが形成された状態を示している。
なお、塵埃を帯電させる第1帯電部10、第2帯電部11は、集塵部61よりも上流に配置されればよく、吸込口1、延長管2、接続管3など、掃除機本体6と吸込口1とを連結している通風路のいずれの位置に配置されてもよい。
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態の説明図である。
延長管2の一部を分割して第1帯電部21と別部品の第2帯電部22とし、組み合わせることにより気密状態で通気できる延長管2を形成している。
第1帯電部21と別部品の第2帯電部22の材質は、それぞれ、塵埃を正または負のいずれかに帯電させる材質で形成している。
このように延長管2の一部を別部品で形成し、組み合わせることで塵埃を正、負に帯電させる通風路を形成することにより、第1実施形態と同様に細塵を塵埃塊にすることが可能となる。第1帯電部21と第2帯電部22は、帯電材質を変更しても良く、また帯電させるための部材を内壁に形成しても良い。また、通風路の内壁に帯電膜を形成することも可能である。帯電膜は、塗装、帯電機能材料の混練、組合せ材料の選定、等により適宜選定することが可能である。
(第3実施形態)
図8は、本発明の第3実施形態の説明図である。
接続管3の空気流通路の一部を、通風路に挿入できて交換可能なアタッチメント32とし、アタッチメント32を挿入することで気密通気路を形成する。このように接続管3を複数の部品として組み合わせることが出来る。アタッチメント32と接続管本体31の材質としては、塵埃を異なった極性に帯電させる部材に選定することにより、塵埃を含む気流を接続管3の内部を通過させることで細塵を塵埃塊にすることが可能となる。それぞれ、ひとつの材質で形成しても良く、また、帯電機能材料を混練することでひとつの部材によって正と負に帯電することも可能である。
また、通風路を吸引口1、延長管2、接続管3、サクションホース4等の複数の連結部分で構成し、連結し、部分交換できるようにしてもよい。
この発明の電気掃除機においては、塵埃の帯電部を延長管2もしくは接続管3部を一方の極性帯電させる材質で形成し、延長管2、もしくは接続管3部の通気方向に一部を分割し、分割した部分を他方の極性に帯電させる材質で形成することが好ましい。
このように、塵埃を2つの極性に帯電させる帯電部を電気掃除機の、延長管2、接続管3部に設けることで、塵埃の帯電部が磨耗したり、塵埃で汚染されて帯電機能を喪失した場合は、簡単に帯電する機能を有する延長管2部分や接続管3の一部を交換することが可能となる。
更には、帯電部を小さなブロックに分割できるので、従来の掃除機にも、本発明の塵埃を帯電できる延長管2部分や接続管3を取り替えることができる。よって、あたらしく購入される製品だけでなく、既に購入され、使用されている掃除機に対しても、本発明の通風部材を供給することが出来、細塵の集塵効率を向上させることが可能となる。
(第4実施形態)
図9は、本発明の第4実施形態の説明図である。
掃除機本体6への接続部5は、本体接続部54、サクションホース接続部53、半円筒形状のケース50、ケース51、帯電部52とから構成されている。帯電部52は、ケース50に組み込まれ、第2半円筒部51と組み合わされることにより接続部5として気密な通風路を形成する。本実施例では、帯電部52と、ケース51の材質として、塵埃を異なった極性に帯電させる部材に選定することにより、塵埃を含む気流を接続部5の内部を通過させることで細塵を塵埃塊にすることが可能となる。それぞれ、ひとつの材質で形成しても良く、また、帯電機能材料を混練することでひとつの部材によって正と負に帯電することも可能である。
第1実施形態から第4実施形態において第1帯電部10、第2帯電部11等の塵埃に静電気を付与する部材として、例えばナイロンとポリプロピレンを選択した。これは一例であり、塵埃を正もしくは負に帯電させることができる材質の組み合わせであれば、樹脂の帯電系列より適宜組み合わせて選定すればよい。
(第5実施形態)
図10は、本発明の第5実施形態であり、延長管2の内面側の構造説明図である。また、図11は、図10の隆起部の詳細形状を説明する図である。
図10、図11により本発明の第5実施形態を説明する。
延長管2の入口18から出口19に向かって、偏向部として多数の隆起部102、隆起部103が形成されている。延長管2の管長は200mmであり、内径は40mmである。気流を延長管2の上流から下流に向かって通風すると、延長管2の周辺の気流や塵埃は、多数の隆起部102、隆起部103によって方向を隆起部の斜面の向きに応じて周回方向に変更されながら下流側に向かう。隆起部の形状は、平坦な三角錐形状をしており、図11のごとく入口側は緩やかな2面の傾斜が向かい合うように設けられ、出口側は、入口側の傾斜よりも急な角度が設けられている。
また、隆起部102は、塵埃を正に帯電させることができる材質から選択されている。そして、隆起部103は、塵埃を負に帯電させることができる材質から選択されている。延長管2の内面周回方向には、隆起部102の隣に隆起部103が形成されている。また、延長管2の気流の上流から下流に向かって隆起部102、次には隆起部103、が交互に配列されている。このように、塵埃を含む気流が周回方向に偏向されても、下流方向に吸引されても、塵埃を含む気流は、交互に隆起部102と隆起部103に近付くように配置されている。
図11は、隆起部102もしくは隆起部103の概略形状と断面の説明図である。隆起部102は、三角錐形状であり、底辺長さW1、高さL1の二等辺三角形の面が延長管2の内面に接している。隆起部102と隆起部103は同じ形状をしている。気流の上流側から下流側に開く上記二等辺三角形の頂角の角度θ1は、35°に設定した。底辺長さW1は5mm、高さL1は、9.5mm、延長管2の内面方向への高さL2は2.4mmとした。三角錐の辺のうちの上記二等辺三角形を形成しない3辺は、半径が1mm程度の丸み形状となっている。
このように形成された延長管2を電気掃除機にて使用する場合、電気送風機67が駆動されると、延長管2の入口18から出口19に向かって、塵埃を含む気流が流れる。入口18より吸引された塵埃は、大きな塵埃と共に隆起部102、隆起部103が交互に配置された隆起領域101を通過するので、細塵は次々と正もしくは負の電荷が付与される。接触による電荷付与の原理は第1実施形態の帯電原理と同様である。入口側から緩やかな傾斜で偏向された気流は、隆起部102、隆起部103の頂点部より急に内側面側に偏向されるので、小さな気流の渦が形成され易くなる。この小さな渦の形成と傾斜面による気流の偏向が交互に繰り返されるので、細塵は正および負の電荷を効率よく帯電することが可能となる。正、負に帯電された細塵は、相互に吸着する。正負に帯電した細塵がクラスタとなり、電気的にほぼ中和されても、このクラスタが、さらに隆起部102、もしくは、隆起部103に接触することで再度、帯電するのでクラスタは大きく成長する。
このようにして、細塵のクラスタを、良く設計されたサイクロン集塵機の集塵限界の4マイクロメートルより大きく成長させることができ、サイクロン方式における遠心分離を行っても、細塵を集塵することが可能となる。また、フィルター方式の電気掃除機においても目の大きい集塵フィルターを採用することが可能になる。フィルターの目の細かいフィルターを用いた場合は、フィルターの目詰まりを起こすまでの時間が長くなり、長寿命となる。HEPAフィルターを用いた場合であっても、HEPAフィルターの寿命を長くすることが可能となる。
(第6実施形態)
図12は、この発明の第6実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。
図12に示すように、帯電通風部材100は、塵埃を正に接触帯電させる第1帯電部110と、塵埃を負に接触帯電させる第2帯電部111とを備える。第1帯電部110と第2帯電部111は、それぞれ、通風方向に沿って90°の角度をなして延在している。すなわち、第1帯電部110と第2帯電部111は、それぞれ、帯電通風部材100の一方の開口部から他方の開口部までの間に90°スキューしている。図中の矢印は、塵埃として粒子群15が帯電通風部材100内に流入する方向を示す。
粒子群15中の一部の粒子は、帯電通風部材100内を通過しながら、第1帯電部110の内面の地点110aや、第2帯電部111の内面の地点111aに接する。
粒子群15中の粒子のうち、第1帯電部110の地点110aに接する粒子は、正に帯電する。このとき、第1帯電部110の内壁面は負に帯電する。一方、粒子群15中の粒子のうち、第2帯電部111の地点111aに接する粒子は、負に帯電する。このとき、第2帯電部111の内壁面は正に帯電する。
この帯電通風部材100内においては、通風方向に鉛直な方向へは乱流成分が発生しないとしても、通風方向に沿って第1帯電部110と第2帯電部111が配置されているので、粒子群15の一部は、通風方向に沿った乱流成分によって接近する。そして、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
通風管の形状や、塵埃を含んだ流体の粘度などによっては、通風方向に交差する方向には、塵埃があまり拡散しない場合がある。このような場合に、第1帯電部と第2帯電部を通風方向に交差する方向に対向させて配置すると、正負それぞれに帯電した塵埃同士は、通風路に沿った方向に流れる気流によって近付きにくい。そのため、ある程度に近付かなければ有効に作用しないクーロン力やファンデルワールス力による塵埃凝集が促進されないことになる。
そこで、第1帯電部110および/または第2帯電部111を通風方向に対して角度をなして延在させる、すなわち、スキューさせることにより、通風方向に沿って流れる塵埃は、第1帯電部110と第2帯電部111との両方を通過することになる。このようにすることにより、塵埃は、通風方向に交差する方向に拡散しなくても、通風方向に沿った乱流成分によって接近する。そして、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引き付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
このようにして、通風方向に交差する方向の乱流成分が小さい場合、または、通風方向への乱流成分が大きい場合においても、塵埃を充分に凝集させることができる。
(第7実施形態)
図13は、この発明の第7実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。
図13に示すように、帯電通風部材200においては、第1帯電部210aと第1帯電部210bは、塵埃を正に接触帯電させる部材より成る半円管であり、第2帯電部211aと第2帯電部211bは、塵埃を負に接触帯電させる部材より成る半円管である。第1帯電部210aと第2帯電部211aとが一つの帯電部対を構成し、第1帯電部210bと第2帯電部211bとがもう一つの帯電部対を構成している。この二つの帯電部対は、連結部材220を介して並べられて配置されている。連結部材220は、単一の部材から形成されている円管であって、この実施の形態においては塵埃を形成する粒子群15を積極的に接触帯電しないが、粒子群15を正負どちらかに帯電する材質で構成されていてもよい。連結部材220の外周面には、支持部材230が接続され、支持部材230は台240に固定されている。このようにして、帯電通風部材200は支持部材230によって保持されている。図中の矢印は、帯電通風部材200に粒子群15が流入するときの方向を示す。
帯電通風部材200内に流入した粒子群15の一部は、第1帯電部210aの内壁面または第1帯電部210bの内壁面に接触して正に帯電する。また、粒子群15の別の一部は、第2帯電部211aの内壁面または第2帯電部211bの内壁面に接触して負に帯電する。
このようにして正に帯電した粒子と負に帯電した粒子とは、帯電通風部材200の内部の気流によって、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
第1帯電部210aと第2帯電部211a、第1帯電部210bと第2帯電部211bとは、それぞれ異種の材料で形成されている半円管である。異種材料の半円管を、嵌め込みやネジ止めで組み合わせることによって円管を構成すると、一般に、単一材料の円管よりも強度が劣る。このため、円管に支持部材を組み付ける場合や、円管がつぶれるような外圧がかかる場合などのように、円管の強度が必要な際には、円管の壁厚を大きくするなどの対策が必要となってしまう。
そこで、複数の帯電部対を共通の連結部材220で連結することによって、簡単な構成で、異種材料を組み合わせた帯電通風部材200を、充分な強度を持った帯電通風部材200にすることができる。
(第8実施形態)
図14は、この発明の第8実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。
図14に示すように、帯電通風部材300が第7実施形態の帯電通風部材200と異なる点としては、連結部材として、曲折自在のホース320を用いて複数の帯電部対を連結している。
帯電通風部材300においては、第1帯電部310aと第1帯電部310bは、塵埃を正に接触帯電させる部材より成る半円管であり、第2帯電部311aと第2帯電部311bは、塵埃を負に接触帯電させる部材より成る半円管である。第1帯電部310aと第2帯電部311aとが一つの帯電部対を構成し、第1帯電部310bと第2帯電部311bとがもう一つの帯電部対を構成している。それぞれの帯電部対においては、第1帯電部と第2帯電部とが接着されて円管を形成している。この二つの帯電部対は、ホース320を介して並べられて配置されている。ホース320は、単一の部材から形成されている曲折自在な円管であって、この実施の形態においては塵埃を形成する粒子群15を積極的に接触帯電しないが、粒子群15を正負どちらかに帯電する材質で構成されていてもよい。図中の矢印は、帯電通風部材300に粒子群15が流入するときの方向を示す。
帯電通風部材300内に流入した粒子群15の一部は、第1帯電部310aの内壁面または第1帯電部310bの内壁面に接触して正に帯電する。また、粒子群15の別の一部は、第2帯電部311aの内壁面または第2帯電部311bの内壁面に接触して負に帯電する。
このようにして正に帯電した粒子と負に帯電した粒子とは、帯電通風部材300の内部の気流によって、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
このように、曲折自在なホース320によって複数の帯電部対を連結することによって、簡単な構成で、異種材料を組み合わせた帯電通風部材300を、充分な強度を持った帯電通風部材300にすることができる。
また、このようにすることにより、帯電通風部材300を電気掃除機のサクションホース4(図1)に適用することができる。
(第9実施形態)
図15は、この発明の第9実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。
図15に示すように、帯電通風部材400が第7実施形態の帯電通風部材200と異なる点としては、連結部材として、円管420と円管421とを備える。
帯電通風部材400においては、第1帯電部410aと第1帯電部410bは、塵埃を正に接触帯電させる部材より成る半円管であり、第2帯電部411aと第2帯電部411bは、塵埃を負に接触帯電させる部材より成る半円管である。第1帯電部410aと第2帯電部411aとが円管を形成するように接着されて一つの帯電部対を構成し、円管420の一方の開口部に接続されている。また、第1帯電部410bと第2帯電部411bとが円管を形成するように接着されてもう一つの帯電部対を構成し、円管421の一方の開口部に接続されている。円管420の他方の開口部と、円管421の他方の開口部とは、円管421の開口部に配置された突起422が円管420の開口部に形成された凹部に受容されることによって接続される。円管420と円管421は、単一の部材から形成されている円管であって、この実施の形態においては塵埃を形成する粒子群15を積極的に接触帯電しないが、粒子群15を正負どちらかに帯電する材質で構成されていてもよい。図中の矢印は、帯電通風部材400に粒子群15が流入するときの方向を示す。
帯電通風部材400内に流入した粒子群15の一部は、第1帯電部410aの内壁面または第1帯電部410bの内壁面に接触して正に帯電する。また、粒子群15の別の一部は、第2帯電部411aの内壁面または第2帯電部411bの内壁面に接触して負に帯電する。
このようにして正に帯電した粒子と負に帯電した粒子とは、帯電通風部材400の内部の気流によって、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
このように、円管420と円管421の接合部のように、複雑な機構を設けた帯電通風部材400を構成することができる。このようにすることにより、簡単な構成で、異種材料を組み合わせた帯電通風部材400を、充分な強度を持った帯電通風部材400にすることができる。
(第10実施形態)
図16は、この発明の第10実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。
図16に示すように、帯電通風部材500においては、それぞれの帯電部は曲板で形成されている。帯電通風部材500においては、第1帯電部510aと第2帯電部511aとが通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられて一つの半円管の帯電部対を構成し、第1帯電部510bと第2帯電部511bとが通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられてもう一つの半円管の帯電部対を構成し、これらの二つの帯電部対が、通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられて配置され、接着されて円管を形成している。このとき、各帯電部は、帯電通風部材500の周囲の約90°の範囲を占める。図中の矢印は、粒子群15が帯電通風部材500内に流入する方向を示す。
帯電通風部材500内に流入した粒子群15の一部は、第1帯電部510aまたは第1帯電部510bの内壁面に接触して、正に帯電する。また、粒子群15の別の一部は、第2帯電部511aまたは第2帯電部511bの内壁面に接触して、負に帯電する。正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
第6〜第9実施形態においては、第1帯電部と第2帯電部とは、それぞれ円管状の帯電通風部材の周囲の約180°の範囲を占める。帯電通風部材の軸に垂直な面で考えると、第1帯電部に接触して正に帯電した粒子と、第2帯電部に接触して負に帯電した粒子との距離は、最大で帯電通風部材の内径と等しくなる。
一方、第10実施形態の帯電通風部材500においては、通風方向に垂直な面で考えると、同一面で正負それぞれに帯電する粒子の距離は、最大で帯電通風部材500の内径の70%(=1/√2)となる。
正に帯電している粒子と、負に帯電している粒子との距離が大きいと、これらの粒子間にクーロン力が働きにくく、また、両粒子が近付く確率も低いため、凝集して塊状となる確率も小さい。そこで、このようにすることにより、通風方向に垂直な面で考えると、同一面内にある正電荷を持つ粒子と負電荷を持つ粒子との距離が小さくなる。
このように、正負の電荷それぞれを持つ粒子間の距離が小さくなると、粒子間にクーロン力が働きやすくなる。また、正負の電荷それぞれを持つ粒子が近付く確率が高くなる。したがって、帯電した粒子が凝集して塊状となりやすい。
なお、第10実施形態においては、帯電通風部材500の周方向を4分割して、各帯電部は約90°範囲を占める構成としたが、帯電通風部材の周方向を6分割、8分割などに分割すれば、さらに効果を高めることができる。
(第11実施形態)
図17と図18は、この発明の第11実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。図18は、帯電通風部材の全体を図17と逆の方向から示す図である。
図17と図18に示すように、帯電通風部材600においては、第1帯電部610aと第2帯電部611aが帯電部対610A、第1帯電部610bと第2帯電部611bが帯電部対610B、第1帯電部620aと第2帯電部621aが帯電部対620A、第1帯電部620bと第2帯電部621bが帯電部対620B、第1帯電部630aと第2帯電部631aが帯電部対630A、第1帯電部630bと第2帯電部631bが帯電部対630Bを構成している。それぞれの帯電部は、帯電通風部材600の円周の90°範囲を占める曲板であり、通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられて、対になる帯電部と接着されている。帯電部対610Aと帯電部対610B、帯電部対620Aと帯電部対620B、帯電部対630Aと帯電部対630Bは、それぞれ通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられて配置され、帯電部対の組を形成している。それぞれの帯電部対の組は、通風路の周方向に四分割された四枚の曲板で構成されて円管を形成している。帯電部対の上記の三つの組は、通風方向に並べられて配置されている。このとき、複数の帯電部対の各々を構成する第1帯電部同士が互いに隣り合わないように、かつ、複数の帯電部対の各々を構成する第2帯電部同士が互いに隣り合わないように配置されている。
粒子群15は、図中の矢印の方向に、帯電通風部材600の内部に流入する。粒子群15を構成する粒子のうち、例えば第1帯電部610aの内壁に接触したものは、正に帯電する。この、第1帯電部610aの内壁に接触して正に帯電した粒子は、通風方向に沿って流れると、次に第2帯電部621bを通過することになる。このとき、第1帯電部610aの内壁に接触して正に帯電した粒子は、第2帯電部621bの内壁に接触して負に帯電した粒子と近付くことになる。そして、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
通風管の形状や、塵埃を含んだ流体の粘度などによっては、通風方向に交差する方向には、塵埃があまり拡散しない場合がある。このような場合に、第1帯電部と第2帯電部を通風方向に交差する方向に対向させて配置しても、正負それぞれに帯電した塵埃同士は、通風路に沿った方向に流れる気流によって近付きにくい。そのため、ある程度に近付かなければ有効に作用しないクーロン力やファンデルワールス力による塵埃凝集が促進されないことになる。
帯電通風部材600においては、第1帯電部と第2帯電部とが、通風方向に並べられて1つの帯電部対を構成し、複数の帯電部対が、通風方向に並べられて配置されている
このようにして、帯電通風部材600においては、第1帯電部と第2帯電部が通風方向に沿って交互に配置されているので、正に帯電した塵埃と負に帯電した塵埃の一部は、通風方向に沿った乱流成分によって接近する。そして、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
このようにすることにより、粒子の帯電効率が高くなり、凝集効果も大きくなる。また、特に、通風方向に鉛直な方向への乱流成分が小さい場合や通風方向への乱流成分が大きい場合にはその効果が大きくなる。
また、第1帯電部と第2帯電部とから1つの帯電部対が構成され、複数の帯電部対が通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べられ、かつ、通風方向に並べられて配置されており、複数の帯電部対の各々を構成する第1帯電部同士が互いに隣り合わないように、かつ、複数の帯電部対の各々を構成する第2帯電部同士が互いに隣り合わないように配置されている。
このようにすることにより、粒子の帯電効率が高くなり、凝集効果も大きくなる。また、特に、通風方向に鉛直な方向への乱流成分が小さい場合や通風方向への乱流成分が大きい場合にはその効果が大きくなる。
(第12実施形態)
図19は、この発明の第12実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。
図19に示すように、帯電通風部材700は、第1帯電部710と、第2帯電部711とを備える。第1帯電部710と第2帯電部711は、どちらも曲板である。第1帯電部710と第2帯電部711とを通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べて接着して、円管の帯電通風部材700が構成されている。このとき、第1帯電部710は円管の周方向の約270°範囲を占める。第2帯電部711は円管の周方向の約90°範囲を占める。図中の矢印は、粒子群15が帯電通風部材700に流入するときの方向を示す。
ここで、各物質の仕事関数(真空準位からの電気化学ポテンシャル)に相当する値について、粒子群15の仕事関数は4.0eV、第1帯電部710の仕事関数は4.1eV、第2帯電部711の仕事関数は3.7eVであるとする。各物質の表面状態や導電率が同じであれば、接触帯電量はこの仕事関数相当値の差に応じて決まるので、粒子群の正負の帯電量は均等ではなくなる。よって粒子群15が、第1帯電部710および第2帯電部711と接触するとき、(4.0−3.7)/(4.1−4.0)=3であるから、粒子群15は正極性に対して負極性へ3倍の電荷量で帯電する。
このとき、粒子群15は、帯電通風部材700の周方向には均等な濃度分布で流れるとすると、粒子群15の4分の3が、第1帯電部710の内壁面に接触する。これを粒子群15Cとする。このとき、内壁面は負に帯電し、粒子群15Cは総計でQだけ正に帯電するとする。
粒子群15の4分の1が、第2帯電部711の内壁面に接触し、これを粒子群15Dとする。このとき、内壁面は正に帯電し、粒子群15Dは総計でQだけ負に帯電する。
正に帯電した粒子群15Cと負に帯電した粒子群15Dは、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
この粒子群15Cと粒子群15Dにおいて、正負それぞれの帯電量の総和は等しいので、凝集効率は高い。
帯電通風部材の内部を流れる塵埃の半分が、粒子を正に接触帯電させる部材により、ある電荷量に正帯電したとする。また、その塵埃の残りの半分が、粒子を負に接触帯電させる部材により、同じ電荷量だけ負帯電したとする。このとき、帯電分布が正負に均等であるので、粒子同士の凝集においてクーロン力が支配的である場合、最も凝集効率が高い。しかし、ここで、前記塵埃と組成が大きく異なる塵埃を帯電通風部材に流した場合を考える。一般に固体の電気化学ポテンシャルは物質固有であるため、この塵埃全体の帯電量は正負のどちらかに偏ることになる。このため、帯電分布が正負に均等である場合に比べて、凝集効率は低くなってしまう。
そこで、このように、第1帯電部710と第2帯電部711のそれぞれが帯電通風部材700において占める面積の比率を変化させることによって、正負それぞれの帯電量を均等にすることができる。最も頻繁に流れる塵埃に合わせて、第1帯電部710と第2帯電部711のそれぞれが帯電通風部材700において占める面積の比率を調整することによって、凝集効率の高い帯電通風部材700を構成することができる。
(第13実施形態)
図20は、本発明の第13実施形態として、帯電通風部材の全体を示す図である。
図20に示すように、帯電通風部材800は、第1帯電部810と、第2帯電部811とを有する。第1帯電部810と第2帯電部811は、どちらも通風路に交差する断面が半円形である。第1帯電部810と第2帯電部811とを通風方向に交差する通風路の断面の周方向に並べて接着して、円管の帯電通風部材800が構成されている。第1帯電部810は、塵埃を構成する物質の一例としての発泡スチロール(ポリスチレン)を正に接触帯電させる高分子樹脂としてポリプロピレンで形成されている。第2帯電部811は、発泡スチロールを負に接触帯電させる部材である高分子樹脂としてナイロン66(アジピン酸とヘキサメチレンジアミンを共縮重合したポリアミド)で形成されている。図中の矢印は、粒子群15が帯電通風部材800内に流入するときの方向を示す。
帯電通風部材800内に流入した粒子群15の一部は、第1帯電部810の内壁に接触して、正に帯電する。また、粒子群15の別の一部は、第2帯電部811の内壁に接触して、負に帯電する。正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、帯電通風部材800内を流れ、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
本実施形態においては、発明者らが種々検討した結果、第1帯電部810を形成する高分子樹脂としてポリプロピレンを用い、第2帯電部811を形成する高分子樹脂としてナイロン66を用いている。
塵埃を正負それぞれに接触帯電させる部材で帯電部を形成する場合、部材の種類によっては原料費が高くなってしまう。また、部材の配置や構成によっては加工が困難である。
そこで、例えば、第1帯電部としてポリプロピレン、第2帯電部としてナイロン66を用いるなど、工業用材料として安価に入手可能なできる高分子樹脂を帯電部に用いることによって、コストを抑えることができる。また、それぞれの帯電部同士を嵌め込んだりするなどの複雑な形状が必要な場合でも、熱可塑性樹脂であれば押出成形や射出成形などによって量産加工することができる。
(第14実施形態)
粒子を正負それぞれに接触帯電させる部材で通風路を形成する場合、その部材に高分子樹脂を用いると粒子が充分に接触帯電されずに粒子同士があまり凝集しない、という問題があった。
第14実施形態が第13実施形態と異なる点としては、第1帯電部810をポリプロピレンで形成し、第2帯電部811をガラスで形成している。
ポリプロピレンは、塵埃を構成する物質の一例としてのポリスチレンを正に帯電させやすい。また、ガラスは、高分子樹脂であるポリスチレンやナイロンよりも正に帯電しやすい。したがって、ガラスで形成されている第2帯電部は、第13実施形態においてナイロンで形成されている第2帯電部と比較すると、より正に帯電しやすい。すなわち、第2帯電部において帯電させられる塵埃は、さらに負に帯電しやすくなる。
このように、塵埃を負に接触帯電させる部材としてガラスを用いることにより、塵埃が充分に接触帯電して凝集効果が向上する。
(第15実施形態)
粒子を正負それぞれに接触帯電させる部材で帯電部を形成する場合、帯電部材に高分子樹脂を用いると粒子が充分に接触帯電されずに粒子同士があまり凝集しない、という問題があった。その際に、粒子を負に接触帯電させる部材としてガラスを用いることにより、粒子を充分に接触帯電させることができる。しかし、ガラスで形成された帯電通風部材は物理的衝撃によって割れるおそれがある。
第15実施形態が第14実施形態と異なる点としては、第1帯電部810をポリプロピレンで形成し、ガラスフィラーを含む高分子樹脂で第2帯電部811を形成している。
ポリプロピレンは、塵埃を構成する物質の一例としてのポリスチレンを正に帯電させやすい。また、ガラスは、高分子樹脂であるポリスチレンやナイロンよりも正に帯電しやすい。したがって、ガラスフィラーを混入した高分子樹脂で形成されている第2帯電部は、ナイロンなどで形成されている第2帯電部と比較すると、より正に帯電しやすい。すなわち、第2帯電部において帯電させられる塵埃は、さらに負に帯電しやすくなる。
このように、粒子を負に接触帯電させる部材としてガラスフィラーを混入した高分子樹脂を用いることにより、ガラス単体を使用して割れた場合などの危険性を回避した上で、ガラスの高い接触帯電特性を利用して、粒子を充分に帯電し凝集効果を向上させることができる。
なお、同様の効果はガラスビーズを混入した塗料をナイロン66内面に塗装することによっても得られる。例えば、ウレタン系シンナー100重量部に、Na2O、CaO、SiO2を主な組成とする粒径53μm以下の真球状のガラスビーズ20重量部を混入した塗料を作成する。これをナイロン66より成る第2帯電部811の内壁面に塗装したとき、第2帯電部811の内壁面の表面は塗料で覆われるため、ナイロン66の接触帯電特性はほとんど現れない。しかし、第2帯電部811の内壁面の表面の一部にガラスビーズが剥き出しとなり、その接触帯電特性が顕著となるため、発泡スチロール片などと接触すれば、第2帯電部811の内壁は正に帯電し、発泡スチロール片は負に帯電する。
また、同様の効果はガラスビーズを表面に散布したシートをナイロン66で構成した第2帯電部811の内壁面に貼り付けることによっても得られる。
例えば、Na2O、CaO、SiO2を主な組成とする粒径106〜850μmの真球状のガラスビーズを、基布の表面にバインダーを介して沈み率60%(表面へ出ている部分は40%)で散布したシートを作成する。これをナイロン66より成る第2帯電部811の内壁面に塗装したとき、第2帯電部811の内壁面の表面はシートで覆われるため、ナイロン66の接触帯電特性はほとんど現れない。しかし、第2帯電部811の内壁面の表面の一部にガラスビーズが剥き出しとなり、その接触帯電特性が顕著となるため、発泡スチロール片などと接触すれば、第2帯電部811の内壁は正に帯電し、発泡スチロール片は負に帯電する。
(第16実施形態)
粒子を正負それぞれに接触帯電させる部材で円管を設ける場合、部材に誘電体を用いると接触帯電量が比較的早くに飽和するので、粒子量が多くなると徐々に粒子が帯電されなくなって凝集性能が低下するという問題がある。これは、接触帯電によって物質表面近傍に電子や正孔が供給されても、誘電体の高抵抗率のために、物質内部に拡散しにくいことによる。つまり、物質表面近傍に移動電子や正孔が蓄積されて、表面電位が大きく変化し、その後の電荷移動を妨げられるためである。
第16実施形態が第13実施形態と異なる点としては、第1帯電部810がポリプロピレンで形成され、第2帯電部811が導電材であるステンレス鋼から形成されている。
ポリプロピレンは、塵埃を構成する物質の一例としてのポリスチレンを正に帯電させやすい。また、ステンレス鋼は、第13実施形態で第2帯電部を形成しているナイロン66よりも、ポリスチレンを負に帯電させやすい。発明者らが種々検討した結果、金属の中でもステンレス鋼は、相対的に仕事関数が小さく正に帯電しやすいことが分かった。
ステンレス鋼から第2帯電部811が形成されているときの効果を、ナイロン66から第2帯電部811が形成されているとき(第13実施形態)の効果と比較する。
このナイロン66の抵抗率が1010Ω・m程度であるのに対して、ステンレス鋼の抵抗率は10−7Ω・m程度で非常に小さい。そのため、ナイロン66では接触帯電により表面に正孔が増えると、なかなかナイロン66内部に電子伝導せずに表面電位が上昇し、これが化学ポテンシャルを補って接触帯電量が飽和することになる。一方、ステンレス鋼では接触帯電により表面に正孔が増えると、速やかにステンレス鋼の内部に電子伝導して、ほとんど表面電位は上昇せずになかなか接触帯電量が飽和しない。つまり、接触するポリスチレン片に電子を供給し続けることができるので、クーロン力による凝集性能も維持されることになる。
金属は、例えば塵埃を構成する物質の一例としてのポリスチレンよりも正に帯電しやすい。したがって、塵埃を負に接触帯電する第2帯電部811を導電材である金属で構成することにより、接触帯電量が飽和しにくいので、粒子凝集性能が持続する帯電通風部材800を実現することができる。
なお、同様の効果はステンレス鋼の代わりにアルミニウムを用いることによっても得られる。導電体であるアルミニウムの抵抗率は10−8Ω・m程度で非常に小さい。そのため、アルミニウムにおいて接触帯電により表面に正孔が増えると、速やかにアルミニウム内部に電子伝導して、ほとんど表面電位は上昇せずになかなか接触帯電量が飽和しない。つまり、接触する塵埃に電子を供給し続けることができるので、クーロン力による凝集性能も維持されることになる。また、アルミニウムの比重は鉄の1/3程度であり、比強度が同等とすると、非常に軽量で、優れた接触帯電特性を持つ帯電通風部材を構成することができる。
したがって、塵埃を負に接触帯電する第2帯電部811をアルミニウムで形成することにより、粒子凝集性能が持続して軽量な帯電通風部材を実現することができる。
(第17実施形態)
本実施形態が第13実施形態と異なる点としては、帯電通風部材800において、第1帯電部810は導電性フィラーとしてカーボンブラックが混入されたポリプロピレンから形成されており、第2帯電部811はナイロンから形成されている。
粒子群15を構成する物質の一例として発泡スチロール片が帯電通風部材800内に流入すると、粒子群15の一部の発泡スチロール片は第1帯電部810の内壁面に接触する。ポリプロピレンはポリスチレンよりも負に帯電しやすいので、第1帯電部810の内壁面は負に帯電し、発泡スチロール片は正に帯電する。また、粒子群15の別の一部の発泡スチロール片は、第2帯電部811の内壁面に接触する。ナイロンはポリスチレンよりも正に帯電しやすいので、第2帯電部811の内壁面は正に帯電し、発泡スチロール片は負に帯電する。
正に帯電した発泡スチロール片と負に帯電した発泡スチロール片は帯電通風部材800内を流れていき、両者の距離がある程度に近付くと、クーロン力の効果が顕著となって互いに引き付けあって凝集し、塊状(クラスタ化)粒子となる。
ここで、第1帯電部810が、導電性フィラーとしてカーボンブラックを混入したポリプロピレンから形成されている場合と、導電性フィラーを混入しないポリプロピレンから形成されている場合との効果を比較する。ポリプロピレンは抵抗率が1014Ω・m程度なので、接触帯電により表面に電子が増えても、なかなかポリプロピレン内部に電子伝導せずに表面電位が下降し、これが化学ポテンシャルを補って接触帯電量が飽和する。一方、本実施形態のカーボンブラックを混入したポリプロピレンは、ポリプロピレン100重量部について、平均粒子径50nmのカーボンブラックが60重量部だけ混入されている。このカーボンブラックは、導電性フィラーとして作用し、カーボンブラックを混入したポリプロピレンの抵抗率は102Ω・m以下まで減少する。よってカーボンブラックを混入したポリプロピレンでは接触帯電により表面に電子が増えても、カーボンブラックを混入したポリプロピレン内部に電子伝導して、ほとんど表面電位は下降せずになかなか接触帯電量が飽和しない。つまり、接触するポリスチレン片に正孔を供給し続けることができるので、クーロン力による凝集性能も維持されることになる。
塵埃を正負それぞれに接触帯電させる部材として誘電体を用いると、接触帯電量が比較的早くに飽和するので、塵埃量が多くなると徐々に塵埃が帯電されなくなって凝集性能が低下するという問題がある。これは、接触帯電によって物質表面近傍に電子や正孔が供給されても、誘電体の高抵抗率のために、物質内部に拡散しにくいことによる。つまり、物質表面近傍に移動電子や正孔が蓄積されて、表面電位が大きく変化して、その後の電荷移動が妨げられるためである。
そこで、塵埃を接触帯電させる部材として導電材である金属を用いることにより、粒子を充分に接触帯電させることができる。塵埃を接触帯電する帯電部を、導電性フィラーを混入した高分子樹脂で構成することにより、接触帯電量が飽和しにくくなる。
また、工業用材料として、安価に入手できる高分子樹脂で、発泡スチロール片などの微粒子を接触帯電する帯電通風部材800を作製することができる。
さらに、それぞれの帯電部材同士を嵌め込んだりするなどの複雑な形状に加工することが必要な場合にも、熱可塑性樹脂で形成した帯電部は押出成形や射出成形などによって量産加工することができる。
このように、粒子を接触帯電する第1帯電部810を、カーボンブラックを混入したポリプロピレンで形成することにより、接触帯電量が飽和しにくくなる。このようにすることにより、コストを抑えて、加工しやすく、塵埃凝集性能が持続する帯電通風部材を実現することができる。
1:吸込口、2:延長管、3:接続管、4:サクションホース、10:第1帯電部、11:第2帯電部、12:通風路、15:粒子群、15A,15B,16A,16B,17A,17B:細塵、18:入口、19:出口、19A:塵埃塊、21:第1帯電部、22:第2帯電部、31:接続管本体、32:アタッチメント、52:帯電部、61:集塵部、67:電動送風機、102,103:隆起部、220:連結部材、320:ホース、420,421:円管、100,200,300,400,500,600,700,800:帯電通風部材、110,210a,210b,310a,310b,410a,410b,510a,510b,610a,610b,620a,620b,630a,630b,710,810:第1帯電部、111,211a,211b,311a,311b,411a,411b,511a,511b,611a,611b,621a,621b,631a,631b,711,811:第2帯電部。